Адаптивный алгоритм системы пользовательского интерфейса инвалидной коляской-вертикализатором

Цель. Разработка схемы и адаптивного алгоритма работы интеллектуальной человеко-машинной системы пользовательского интерфейса инвалидной коляски-вертикализатора, учитывающего физиологические особенности оператора, колесной платформы и внешней среды.
Задачи. Изучение физиологических особенностей человеко-машинного взаимодействия у людей с повреждением опорно-двигательного аппарата. Разработка конструкции и математическое описание джойстика как компонента человеко-машинной системы. Разработка адаптивного алгоритма и математического обеспечения системы пользовательского интерфейса инвалидной коляски-вертикализатора.
Методы. Использование метода конечных автоматов для описания алгоритма переключения режимов движения. Применение полиномиальных функций с целью получения гладких законов изменения задающих значений для приводов устройства. Использование нелинейных коэффициентов чувствительности рукоятки джойстика для обеспечения адаптивных режимов движения коляски-вертикализатора.
Результаты. В ходе исследования были разработаны и описаны режимы движения инвалидной коляски-вертикализатора. Представлены и описаны схема конструкции и принцип работы джойстика. Математически и графически описаны режимы функционирования человеко-машинной системы. Предлагаемые в работе адаптивные алгоритмы системы пользовательского интерфейса инвалидной коляски-вертикализатора интерпретируют наклоны джойстика в задающие сигналы для регуляторов приводов коляски. Описано использование нелинейных коэффициентов чувствительности рукоятки джойстика для обеспечения адаптивных режимов работы коляски, учитывающих особенности движения рук людей с нарушениями функций опорно-двигательного аппарата, движение коляски и состояния внешней среды.
Заключение. Разработанные в рамках работы адаптивные алгоритмы человеко-машинной системы и режимы движения инвалидной коляски-вертикализатора позволяют повысить безопасность и плавность движения за счет использования нелинейных коэффициентов чувствительности рукояти джойстика и гладких законов задающих воздействий, полученных на основании полиномиальных функций.

1. Крапивина Ю. Д., Киба Д. А. Система управления вертикализатором для инвалидных колясок // Производственные технологии будущего: от создания к внедрению. Комсомальск-на -Амуре, 2017. С. 114-116.

2. Щербакова М. П., Мальчиков А. В. Разработка многоканальной САУ инвалидной коляски-вертикализатора // Информационные технологии в управлении, автоматизации и мехатронике. Курск, 2021. С. 300-303.

3. Simpson R. C. Smart wheelchairs: A literature review // Journal of rehabilitation research and development. 2005. Т. 42. №. 4. С. 423.

4. Lankenau A., Rofer T. Smart Wheelchairs - State of the Art in an Emerging Market // KI. 2000. Vol. 14. №. 4. P. 37-39.

5. Вертикализация: обоснование ключевой роли в общей системе реабилитации / С. Г. Щербак, А. Е. Терешин, А. С. Голота, А. Б. Крассий // Медицинский алфавит. 2010. Т. 1. №. 4. С. 32-34.

6. Макарова М. Р., Ромашин О. В. Вертикализация как фактор ранней реабилитации больных с травматической болезнью спинного мозга // Вопросы курортологии, физиотерапии и лечебной физической культуры. 2013. Т. 90. №. 4. С. 47-52.

7. Вадутов Р. Р., Быков Е. В., Коломиец О. И. Эффективность ранней вертикализации после оперативного лечения поясничного отдела позвоночника // Педагогикопсихологические и медико-биологические проблемы физической культуры и спорта. 2018. Т. 13. №. 2. С. 232-238.

8. Barondess, J. A., Cullen, M., De Lateur, B. Musculoskeletal disorders and the workplace. Washington, DC: National Academy of Sciences, 2001.

9. Разработка вертикальной направляющей для процесса вертикализации ИКВ / А.В. Мальчиков, М.П. Щербакова, Л.В. Березина, А.С. Печурин, А.Ю. Белов // Молодежь и XXI век - 2020. Т. 4. Курск: Юго-Зап. гос. ун-т, 2020. С. 171-174.

10. Щербакова М.П., Рукавицын А.Н. Гусева Ю.В., Развитие биомехатронных технологий для людей с ограниченными физическими возможностями. Школа юных инноваторов. Курск, 2018. 435 с.

11. Modeling of human-machine interaction in an industrial exoskeleton control system / S. Jatsun, A. Malchikov, O. Loktionova, A. Yatsun // International Conference on Interactive Collaborative Robotics. Springer, Cham, 2020. P. 116-125.

12. Hartman A., Nandikolla V. K. Human-machine interface for a smart wheelchair // Journal of Robotics. 2019.

13. Incorporating user inputs in motion planning for a smart wheelchair / S. P. Parikh, V. Grassi, V. Kumar, J. Okamoto // IEEE International Conference on Robotics and Automation, 2004. Proceedings. ICRA'04. 2004. IEEE, 2004. Vol.2. P. 2043-2048.

14. Marchal-Crespo L., Furumasu J., Reinkensmeyer D. J. A robotic wheelchair trainer: design overview and a feasibility study // Journal of neuroengineering and rehabilitation. 2010. Vol. 7. №. 1. P. 1-12.

15. Simulation of a walking robot-exoskeleton movement on a movable base / S. Jatsun, A. Malchikov, A. Yatsun, A. S. M. Leon // Journal of Artificial Intelligence and Technology. 2021. Vol. 1. №. 4. P. 207-213.

16. Бартенев В.В., Яцун С.Ф. Анализ методов управления движением мобильных колесных роботов по заданной траектории // Управляемые вибрационные технологии и машины: сборник научных трудов международной конференции. Курск, 2012. С. 144-152.

17. Управляемое движение мобильных роботов по произвольно ориентированным в пространстве поверхностям / В. Г. Градецкий, В. Б. Вешников, С. В. Калиниченко, Л. Н. Кравчук. М.: Наука, 2001. С. 26-91.

18. Tzafestas S. G. Mobile robot control and navigation: A global overview //Journal of Intelligent & Robotic Systems. 2018. Vol. 91. № 1. P. 35-58.

19. Бартенев В. В., Яцун С. Ф., Аль-Еззи А. С. Математическая модель движения мобильного робота с двумя независимыми ведущими колесами по горизонтальной плоскости // Известия Самарского научного центра Российской академии наук. 2011. Т. 13. №. 4-1. С. 288-293.